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CTOD特征值的大小？大家要注意标准的区别了-中船重工725所

uil1010

2017/09/29

私聊

试验机/硬度计

CTOD特征值的大小？大家要注意标准的区别了

中国船舶重工集团公司第七二五研究所试验测试与计量技术研究中心张利娟

目前，CTOD试验技术在工程中的应用越来越广泛，在很多工程件建造和设计规范中，都明确要求工程件必须要做CTOD试验。
中国船舶重工集团公司第七二五研究所试验测试与计量技术研究中心在低温（如0℃～-80℃）和超低温（如-165℃、-196℃等）环境、大尺寸（板厚B=60mm～100mm）及超大尺寸（B＞100mm）方面的CTOD试验方面积累了大量的经验，在国内具有显著的优势。近年来，广泛、大量接受水利部门及相关公司、管道局、中石化，以及包括宝钢、鞍钢、武钢、沙钢、兴澄特钢、舞钢等在内的全国各大钢厂的各系列尺寸和系列温度的CTOD试验评价。（不清楚CTOD是什么的，建议访问8月份我们发布的帖子哈：《CTOD试验及其应用》http://bbs.instrument.com.cn/topic/6555346）。
CTOD（Crack Tip Opening Displacement,即裂纹尖端张开位移），是指裂纹体受张开型载荷后原始裂纹尖端处两表面所张开的相对距离。CTOD值的大小，反映了裂纹尖端材料抵抗开裂的能力。CTOD值越大，表示裂纹尖端材料的抗开裂性能越好，即韧性越好；反之，CTOD值越小，则韧性越差。
一般上，大家对某钢种进行评价或比较时，会简单针对其CTOD特征值的大小，这里要提醒大家注意了：试验标准对CTOD特征值的大小是有影响的，而且还不小哦！
截止目前，涉及到CTOD试验应用较多的标准主要有国际标准ISO 12135、国家标准GB/T 2358和GB/T 21143、英标BS 7448：1-1991、美标ASTM E1290和ASTM E1820（虽然ASTM E1290已被ASTM E1820替代，GB/T 2358被GB/T 21143替代，但由于其之前已被广泛应用，为方便大家进行结果的比较，这里还是要一并进行说明的）。
这样，统计这些标准，共涉及五个计算公式，分别为①ISO 12135-2016，等同BS 7448：1-1991、GB/T 21143-2007；②GB/T 2358-1994；③GB/T 21143-2014；④ASTM E1290-08；⑤ASTM E1820-15。
选取同一试验参数来对比其结果。这里，选取试样类型为SE（B）钢铁试样，采用整体刀口，试验过程中的F-V曲线见图1，涉及到的试验参数见表1。最终计算得到的CTOD特征值δ见表2。

图1 试验的F-V曲线图

表1 试验参数表

屈服强度 R_p0.2 /MPa	抗拉强度 R_m /MPa	弹性模量 E /MPa	泊松比 ν	试样厚度 B /mm	试样宽度 W /mm	试验跨距S /mm	裂纹长度 a₀ /mm	试验最大载荷 F_max /N	塑性分量 V_p /mm	曲线下面积的塑性分量A_p /N·mm
462.5	565.0	206000	0.3	80.02	80.02	320	40.160	321600	6.44	1169767

表2 不同标准得到的特征值

标准号	ISO 12135-2016、 BS 7448：1-1991、GB/T 21143-2007	GB/T 2358-1994	GB/T 21143-2014	ASTM E1290-08	ASTM E1820-15
标准状态	GB/T 21143-2007作废	作废	现行	作废	现行
δ/mm	1.941	2.068	1.589	1.313	1.157

从计算结果可见，同样的数据，ASTME1820-15得到的特征值最小，结果最为保守。
对比公式，不难发现ISO 12135-2016、GB/T 2358-1994 和GB/T 21143-2014中公式的弹性分量是完全相同的；而塑性部分中，GB/T 2358-1994对三点弯曲试样的塑性转动因子rp=0.44，当这个rp=0.4时就等同于ISO 12135-2016中的公式，GB/T 21143-2014中增加转动半径R的计算公式以提高其计算精确度，这就造成特征值δ值GB/T 2358-1994＞ISO 12135-2016＞GB/T 21143-2014。同时，粗略地进行比较，当常规情况a0/W=0.5时，则ISO 12135-2016的塑性分量为0.286Vp，GB/T 2358-1994的塑性分量为0.306Vp，GB/T 21143-2014的塑性分量为0.231Vp；可见，曲线的塑性分量Vp越大，则这几个标准的特征值δ的差异越大。ASTM E1290-08和ASTM E1820-15中，只有参量η有差异，粗略地看，当常规情况a0/W=0.5时，ASTM E1290-08为2.739，ASTM E1820-15为2.677；同样，曲线的塑性区面积Ap越大，则ASTM E1290-08和ASTM E1820-15得到的特征值δ差异越大。
因此，当分析试验数据时，不仅要关心最终的试验结果，还要特别关注试验采用的标准，不可一叶障目。